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第八章:间接路线
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走进会议室时,孟仞回想起了自己的考研复试。那时面试也是在一间会议室里进行,他在长桌的一头,学院的老师们坐在桌子两侧,一个又一个的问题问得他满头是汗。现在这间会议室中间没有长桌,倒是在四周各摆了几张几案。孟仞恭恭敬敬地站在东面的几案前,没有资格落座;西面正对着他的是馆首、匡先生和周先生;南北两侧各坐着两个导师,孟仞都不认识,不过南侧靠近他的导师发言之后,孟仞听出那正是颜笙的声音。

“考核现在开始。”颜笙说道,举起案上的一把小锤,敲了一下摆在她面前的一尊约莫一尺高的铜钟。她没有马上接着说下面的话,而是等钟声完全消失之后才开口:“本次考核采用投票制,四人及以上同意通过即视为考核通过。学徒孟仞,阐述你未来的研究计划。”

孟仞朝各位导师依次施礼,礼毕之后又说了几句场面话充作开场白。这一通繁文缛节终于结束之后,孟仞微微一笑,开始了他的正式陈述。

“脑理学是一门实验学科,其一大根基是数据统计。然而现在的统计方法,却充满了谬误。”

这个世界的脑理学固然落后了他半个多世纪,但是更可怕的是数学,他们竟然连微积分都还没发展出来。好多学科因为缺乏数学工具而举步维艰,脑理学能发展到今天,也是仰仗了其不太依靠数学的特点。不够数学化,这原本是一大劣势,如今反倒成了优势。

没有微积分,数理统计学的许多内容也就无从谈起,甚至连方差和标准差都没有人提出。

“设想这样一个场景,一群人做一个智力测试,平均分数是一百零五分,我们怎么判断这群人的分数是否比一百分更高?只看平均数的话,当然可以对这个问题回答‘是’,但是如果有一些人的分数低于一百分呢?这些人怎么算?”

坐在北侧的一个导师打断他道:“这些我们都知道,说重点。”

“晚辈正要说到重点。我们会计算这些人的分数距离平均数的差值的平均值,如果平均数减去平均差仍然高于一百分,我们就认为这群人的分数高于一百分。但我想说的是,这种统计方法是有很大漏洞的。”

“说出你的理由。”

“要减去平均差,是因为我们担心这群人的分数是偶然高于一百分。如果再测一次,说不定分数又掉到一百分以下了。这个想法固然没错,但是不知诸位先生是否想过,假设测试的次数足够多,而且每次测试互不影响的话,这些测试的平均分应当是一个什么分布?”

在场的几位导师思维都颇为敏锐,一条钟形曲线在他们的脑中迅速成形。待他们窃窃私语一阵之后,孟仞自己抛出了解答:“显然,大部分的分数应当聚集在他们的真实水平周围,剩下的分数散落在离真实水平较远的地方,并且越远频率就会越低。我要提出的研究计划之一,是求出这个分布的表达式,也就是分数出现的频率和分数的关系。”

颜笙语气温和地问道:“你的意思是,只要取样次数足够多,这些样本的平均值会满足同一个分布?”

孟仞答道:“正是。”

匡先生说道:“这么快就要推广到所有情况?不觉得这太武断了吗?”

“不,对此我很有把握。只要每次抽样都是独立同分布,那么样本平均值的分布一定是一条钟形曲线。”

导师们似乎忘记了这是一场考核,围绕孟仞的观点争论了起来,就连周先生也被吸引进去,发表了几句自己的看法。这几位搞脑理学的学者数学水平其实都不高,他们的争论完全是基于直觉,饶是如此,仍然有人提出了更加接近本质的看法。馆首说道:“我看不止是平均值,其他的统计指标恐怕也会趋于一个钟形的分布。”

不愧是馆首。孟仞暗自赞叹道。

还没转过弯来的几个学者并不因为他是馆首就买他的账,依然认为这种看法过于武断。最后,匡先生终于向孟仞提出了直击灵魂的拷问:

“怎么证明呢?”

虽然孟仞自诩数学水平还行,有把握花上个把月时间把刚刚讲的中心极限定理证明出来,但要让他现场推演,却是高估了他的数学能力。不过他早已预备了另一手:“要做出证明,还需预备一些引理,晚辈今日恐怕无法在现场给出完整的过程。”

馆首打圆场道:“既是研究计划,想必还没有完成,也不强求能在今日得到完整的证明了。不过必须要说明的是,你的数学直觉还是不错的。”其他人也大都赞许地点头。周先生讥讽了一句:“我看倒不如把他转到数学馆去。”但是并没有人理他。

“再说说你的引理。”匡先生说道。

“单纯称其为引理的话,诸位先生恐怕很难看出这条引理能用在证明的什么地方,晚辈也很难讲清楚。这样吧,我们设想一个应用场景:假设这条钟形曲线确实是正确的,那么曲线下面包围的面积代表什么呢?显然是总的概率。如果一群人做智力测验的平均分是一百零五分,平均差是五分,那么重新进行测试,他们的分数掉到一百分以下的概率是多少?”

众人哑然。

“现有的统计方法根本就没有在意这个概率,当然也不知道应该怎么计算这个概率——因此我才会说现在的统计方法有很大的漏洞。这也就是我要提出的研究计划之二:得出计算曲线下面积的通用方法。”

颜笙评论道:“感觉可以用跟‘割圆术’类似的方法。”

孟仞本来也不想直接提牛顿-莱布尼茨公式,因为他忘记了应该怎么证明。见颜笙提到了割圆术,他便顺着说了下去:“颜先生说得不错。我们可以把曲线和坐标轴围成的形状分割成很多个矩形,只要知道每个矩形的高度,就能算出整个形状的面积。但我要强调的是,所谓‘很多个’,指的是无穷多个,无限细分之后,我们才能够算出形状的准确面积,而不是估算。”

颜笙旁边的导师说道:“不管分得多细,总归是有误差的吧。”

孟仞摇头道:“无穷和有穷是截然不同的。无穷是只能趋近而不能达到的,当细分的次数无限趋近无穷时,矩形的宽度将小于所有的正数,面积的误差也将小于所有的正数。为了方便理解,我们可以将‘小于所有的正数’理解为‘零’。”

“宽度为零,那么面积也为零。无限个零相加,自然还是零,怎么得到你想要的面积?”

“所以我才强调说,无穷和有穷是截然不同的。理解为零是为了方便使用,而不是严格的定义。应当先求和,再取趋向于无穷的极限,而不是先取极限再求和。”

学者们已经被弄糊涂了。理解数学语言不是一件简单的事情,更何况孟仞为了表达的简洁省略了很多东西。孟仞自己也不是数学系的学生,对这些定义理解得并不透彻,他感觉要是再被问问题的话,自己就要露怯了,于是赶紧乘胜追击,没给他们接着提问的机会:

“关于这一问题,完整的证明也是不好通过口头表述的。不过,一旦这项引理中的问题得以解决,不仅将对脑理学大有助益,而且将对数学中的几何问题,物理学中的变力做功问题带来极大的帮助。”

众人再度窃窃私语起来。馆首从座位上起身,抬起手示意众人安静,然后说道:“如果大家没有意见的话,我们就开始投票。”

匡先生大概是觉得孟仞两年之内发表两篇论文不成问题了,说道:“我先投个赞成票。”

周先生却咧出一个笑容道:“先不急着投票吧,在脑理学馆让学徒研究数学问题,似乎尚无此先例。再说,这个学徒我是了解的,根本就没有多高的才能,今天说不定只是吹嘘而已。”

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